研究はR-397-000-204-133（シンガポール国立大学の若手研究賞）によってサポートされていました。

<html>注：空気圧のチャンネルに接続されたチャンバー部品を成形、組み込み空気圧チャンネルを成形するグリッパアームコンポーネント：すべてのソフト空気圧グリッパーは、3つの工程を含む製造プロセスに従った、カスタマイズ3Dプリント鋳型にシリコーン系エラストマーの混合物をキャストすることによって作製しました、そして空気で満たされたチャンバコンポーネントをシールします。 エラストマーの調製<ol><li>計量規模でミキサーのコンテナを置き、それを風袋引き。 ：1の重量比1を有する容器中のシリコーン系エラストマーの部分A及びBを注ぎます。 </li><li>コンテナをカバーし、総重量を測定します。 </li><li>遠心ミキサーに容器及び材料を配置します。ステップ1.2で測定した重量にミキサーの重量バランスを調整します。 </li><li> 30秒間、それぞれ2000回転と22​​00回転に混合し、脱気モードを設定します。均一な硬化を達成するために徹底的にエラストマー成分を混ぜます。 </li></ol>ル &quot;&gt; 2。金型設計・生産注：金型の形状は、異なる用途のための特定の要件に応じて変わります。次の手順では、金型のチャンバとグリッパーコンポーネントを作成するために必要とされるCADソフトウェアの一般的な重要なステップを示しています。 <ol><li>金型を設計し、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して金型を密閉します。この原稿で使用される金型の形状や具体的な寸法については、 図1を参照してください。 <ol><li>外側の境界ボックスのデザイン<ol><li>上面を右クリックし、上面に正規化するためにボタン「ノーマル」をクリックしてください。 </li><li> 「スケッチ」ウィンドウを開くには、左上の「スケッチ」をクリックします。その後、チャンバコンポーネントの長方形のベースを描画するには、ツールバーの左上隅に「スケッチ」ボタンをクリックします。 </li><li> SKを定義するには、「スケッチ」ボタンの横に配置されている「スマート寸法」機能、をクリックします。エッチ寸法。スケッチが完全に定義されていることを確認します（ つまり、すべての描画線が黒になる）と行ったときにスケッチを終了します。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。そして、Y方向に選択された輪郭を押し出すために「押し出されたボス/ベース」機能をクリックしてください。 </li><li>スケッチ平面を事前に選択モデルの上面にクリックしてください。長方形をスケッチし、2.1.1.2と2.1.1.3で説明したように寸法を定義します。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。そして、エラストマー（ 図2A）を鋳造するためのキャビティをカット押し出すために「押し出しカット」機能をクリックしてください。壁の厚さが2.5ミリメートルであることを確認してください。 </li></ol></li><li>内側室の設計<ol><li>開口面積のY方向の面を右クリックします。そして、その表面に正常化する」ためにノーマル」をクリックしてください。 </li><li>次に、ステップ2.1.1.2に記載されているように、チャンバコンポーネントの四角形を描画するために、「スケッチ」ウィンドウをクリックし、2.1.1.3。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。そして、Y方向（ 図2B）内のチャンバコンポーネントを押し出すために「押し出されたボス/ベース」機能をクリックしてください。 注：ステップ2.1.1.6での切り込みの深さは、この押し出されたベースより2.5ミリメートル大きいです。 </li></ol></li><li>把持要素の設計<ol><li>グリッパーコンポーネントのスケッチ面を事前に選択負のX方向にモデルの表面をクリックします。ステップ2.1.1.2と2.1.1.3で説明したように、「スケッチ」ウィンドウで長方形を作成します。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。そして、負のX方向に選択された輪郭を押し出すために「押し出されたボス/ベース」機能をクリックしてください。 </li><li>スケッチ平面を事前に選択グリッパー部品の上面をクリックします。ステップ2.1.1.2 ANに記載されているように寸法が完全に定義されている場合、「スケッチ」ウィンドウ（ 図2C）にグリッパの形状を作成し、スケッチを終了しますD 2.1.1.3。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。そして、グリッパーコンポーネントにエラストマーを鋳造するためのキャビティをカットする「押し出しカット」をクリックしてください。壁の厚さが2.5ミリメートルであることを確認してください。 </li></ol></li><li>室とグリッパとの間の接続の設計<ol><li> 2.1.1.2と2.1.1.3で説明したように、チャンバピースの上面には、「スケッチ」ウィンドウで長方形を作成します。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。その後、チャンバ及びグリッパーコンポーネント（ 図2D）との間の接続を作成するために「押し出しカット」をクリックしてください。 </li></ol></li><li>空気圧チャネルの設計<ol><li>ステップ2.1.1.2と2.1.1.3で説明したように正のX​​方向にチャンバー片の表面に直径1.5mmの円を作成します。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。そして、線材挿入（ 図2E）のためのチャネルを作成するために「押し出しカット」をクリックしてください。 HOLを確認ESはグリッパーコンポーネントを切断されていません。 </li></ol></li></ol></li><li>個別のCADファイルでは、グリッパのチャンバコンポーネントの外形寸法よりも大きく1ミリメートルである長さと幅のキャビティとシール金型を描きます。注：壁の厚さが2.5 mmです。 <ol><li>記載されている手順2.1.1.2と2.1.1.3のように上部平面上の四角形を作成するために、「スケッチ」ウィンドウをクリックします。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。そして、Y方向に選択された輪郭を押し出すために「押し出されたボス/ベース」機能をクリックしてください。 </li><li>スケッチ平面を事前に選択モデルの上面をクリックします。長方形をスケッチし、ステップ2.1.1.2と2.1.1.3）で説明したように寸法を定義します。 </li><li> 「機能」ウィンドウをクリックします。次に、エラストマーを鋳造するためのキャビティをカット押し出すために「押し出しカット」機能をクリックしてください。壁の厚さが2.5ミリメートルであることを確認してください。 </li></ol></li><li> 3Dプリント用の.STLファイルとして各成形型部品を保存します。 </l私&gt; <li> 30μmの分解能での3Dプリンタに.STLファイルをロードし、金型片9を印刷します。 </li><li>金型片上の任意の支持材を取り外し、水で鋳型片を洗います。 </li></ol> 3.ソフトシングル/ダブル作動アーム空気圧グリッパー<ol><li>埋め込まれた空気圧チャンネルをグリッパアームの部品を成形します<ol><li>それに接続された空気圧チャンネル付きの密閉室を生成するために、チャンバー部品（ 図3A）の左側と右側の2つの3D印刷室ブロックを挿入します。 </li><li>空気圧チャンネル（ 図3A）を作成するために、グリッパ先端から2mmの距離を保ち、チャンバーを介して2つの1.5ミリメートル径のチタン線材を挿入します。注：シングル作動アームグリッパのための1つの線材を使用してください。 </li><li>完全にグリッパーコンポーネントを埋めるために金型内に、エラストマー混合物を注ぎます。 </li><li>現在目に見える気泡がないことを確認してください。 </li><li> Plac10分間60℃で硬化させるためのオーブンにE型。エラストマーを硬化させた後、オーブンからモールドを除去します。 </li></ol></li><li>空気圧のチャネルに接続された成形チャンバコンポーネント<ol><li>金型から外れ、ワイヤロッド、2室ブロックを引き出します。 </li><li>チャンバー（ 図3B）を作成するために、グリッパーコンポーネントの上に3Dプリントグリッパブロックを配置します。金型の壁に穴をブロックする線材を挿入します。 </li><li>チャンバー部品の残りの部分を記入し、金型内に閉じ込められた目に見える気泡がないことを確認するために金型内に、エラストマー混合物を注ぎます。 </li><li> 10分間60℃の温度で部分を硬化します。エラストマーが硬化された後オーブンから金型を削除します。 </li><li>グリッパブロックを削除し、チャンバー構造で完全に硬化グリッパーを離型。 </li></ol></li><li>空気で満たされたチャンバ構成要素をシーリング<ol><li>シール金型にエラストマー混合物を注ぎ、10分間60℃でそれを硬化します。 </li><li>層を封止する硬化2.5 mmの上にエラストマー材料の層を磨きます。 （ 図3C）コーティングされたシール層の上にチャンバー構造で硬化グリッパーを置き、一緒に2枚を接着。 </li><li>その後、15分間、60℃で完全に構造全体を硬化します。 </li><li>完全に硬化したソフトロボットグリッパ装置を脱型。 </li></ol></li></ol>ハンドリングツールにソフトロボット空気圧グリッパ装置の4挿入<ol><li>補足ファイル1で説明したようにCADソフトウェアを使用して、ハンドリングツールを設計し、.STLファイルに保存します。ツールの寸法については、 図4および5を参照してください。 </li><li> 3Dプリンターで.STLファイルをロードし、金型片9を印刷します。 注：手動制御ハンドリングツール、長方形のキャップと、可動ピストン（ 図4）のためのすべての印刷手順は、3時間48分以内に完了することができます。広報（ 図5）ツールと長方形のキャップを扱うロボット制御を製造するためのinting時間は1時間56分です。 3Dプリンタ操作手順については、補足ファイル2を参照してください。 </li><li>印刷が完了した後、ツール上の支持材を剥離。その後、水でツールを洗います。 </li><li>手動制御ハンドリングツール（ 図4A）にグリッパを挿入し、可動長方形のキャップ（ 図4B）との開口面積をカバーしています。 </li><li>室の圧縮を容易にするための可動ピストン（ 図4C）を挿入します。 </li><li>ロボット制御ハンドリングツール（ 図5A）にグリッパとリニアアクチュエータを挿入します。注：リニアアクチュエータは、チャンバ圧縮のために手動制御モードでの可動ピストンを置き換えます。 </li><li>可動長方形のキャップ（ 図5B）との開口面積をカバーしています。 </li></ol> 5.評価とグリップ圧縮試験<ol><li>評価しますジャンパ線でグリップのテストを行うことで、ソフトグリッパの機能。 <ol><li>テーブルの上にジャンパー線を配置します。 </li><li>ワイヤは2把持アームの間にあるようにグリッパーを調整します。 </li><li>ワイヤを保持するためにグリッパアームを作動させるために、チャンバを圧縮する可動ピストンを移動します。 注のみ手動制御処理ツールが把持デモンストレーションで使用されます。 </li><li>離れてワイヤーの元の場所から20cmに位置ボックスに電線を保持し、移動します。 </li></ol></li><li>グリッパーの2つのジョーの間に較正力検出抵抗器を配置してください。感知領域上のグリッパージョーグリップを確認してください。注：検出領域の直径14.7 mmです。 </li><li>力検出抵抗器のグリップに把持アームを作動させるために、チャンバを圧縮します。 </li><li> 10に記載されているように、ソフトシングル作動アームと二重作動腕空気圧グリッパーを生成することができることを最大のグリップの圧縮力を測定します。 注：読み取り値は、ラップトップに表示されます。最大グリップ圧縮力は空気圧チャネルが耐え得る最大圧力の点で測定されます。 </li><li>ソフトダブル作動腕空気圧グリッパーから顎を掴み、個々のエラストマーを切り取ります。 </li><li>顎を掴み、エラストマーの空気圧チャネルに鉗子の先端を挿入します。 </li><li>鉗子の2つのジョーの間に較正力検出抵抗器を配置してください。 </li><li>神経外科医が行ったシミュレートされた神経の手術中にエラストマーでコーティングされた鉗子と鉗子によって生成された圧縮力10を測定します。 注：神経外科医は、彼は通常、力検出抵抗器上の実際の手術中に適用されるものと類似して力を加えます。 </li><li>各試験において、5件の試験から得られたデータを平均します。 </li></ol>

<ol>
	<li>Tolley, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+resilient,+untethered+soft+robot.">A resilient, untethered soft robot.</a> Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).</li><li>Low, J. H., Delgado-Martinez, I., Yeow, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Customizable+soft+pneumatic+chamber-gripper+devices+for+delicate+surgical+manipulation.">Customizable soft pneumatic chamber-gripper devices for delicate surgical manipulation.</a> ASME J Med Devices. 8 (4), 044504 (2014).</li><li>Rus, D., Tolley, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+fabrication+and+control+of+soft+robots.">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521, 467-475 (2015).</li><li>Lee, W. J., Chan, C. P., Wang, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+laparoscopic+surgery.">Recent advances in laparoscopic surgery.</a> Asian J Endosc Surg. 6 (1), 1-8 (2013).</li><li>Schoeller, T., Huemer, G. M., Shafighi, M., Gurunluoqlu, R., Wechselberger, G., Piza-Katzer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microsurgical+repair+of+the+sural+nerve+after+nerve+biopsy+to+avoid+associated+sensory+morbidity:+a+preliminary+report.">Microsurgical repair of the sural nerve after nerve biopsy to avoid associated sensory morbidity: a preliminary report.</a> Neurosurgery. 54 (4), 897-900 (2004).</li><li>Bamberg, R., Jones, B., Murray, L., Sagstetter, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laparoscopic grasper for minimally invasive laparoscopic surgery. , (2006).</li><li>Ducic, I., Hill, L., Maher, P., Al-Attar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perioperative+complications+in+patients+undergoing+peripheral+nerve+surgery.">Perioperative complications in patients undergoing peripheral nerve surgery.</a> Ann Plast Surg. 66 (1), 69-72 (2011).</li><li>Shepherd, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multigait+soft+robot.">Multigait soft robot.</a> PNAS. 108 (51), 20400-20403 (2011).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Objet 260 Connex User Guide. , (2016).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Force Sensing Resistor Integration Guide &amp; Evaluation Parts Catalog with Suggested Electrical Interfaces. , (2002).</li><li>Dagum, A. 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D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+fabrication+and+control+of+soft+robots.">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521, 467-475 (2015).</li><li>Elango, N., Faudzi, A. A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+article:+investigations+on+soft+materials+for+soft+robot+manipulations.">A review article: investigations on soft materials for soft robot manipulations.</a> Int J Adv Manuf Technol. 80 (5), 1027-1037 (2015).</li><li>Lu, Y. W., Kim, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microhand+for+biological+applications.">Microhand for biological applications.</a> Appl Phys Lett. 89, 1641011-1641013 (2006).</li><li>Rateni, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+development+of+a+soft+robotic+gripper+for+manipulation+in+minimally+invasive+surgery:+a+proof+of+concept.">Design and development of a soft robotic gripper for manipulation in minimally invasive surgery: a proof of concept.</a> Meccanica. 50 (11), 2855-2863 (2015).</li><li>Breger, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-folding+thermo-magnetically+responsive+soft+microgrippers.">Self-folding thermo-magnetically responsive soft microgrippers.</a> ACS Appl Mater Inter. 7 (5), 3398-3405 (2015).</li><li>Zafar, M. S., Al-Samadani, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+use+of+natural+silk+for+bio-dental+applications.">Potential use of natural silk for bio-dental applications.</a> J Taibah Univ Med Sci. 9 (3), 171-177 (2014).</li></ol>

著者らは、開示することは何もありません。

我々は成功したエラストマーでコーティングされた鉗子のヒントや鉗子より把持物体にはるかに低い圧縮力を発揮したオブジェクトの準拠把持許さソフトロボット空気圧グリッパ装置は、発揮することを実証しました。鉗子末梢神経修復手術11、12の間に神経を操作するための不可欠なツールです。しかし、その金属組織は、神経過剰な把持力による損傷や周囲の組織に付随する損傷?...

ソフトロボットは、ロボット工学のコミュニティの中で大きな研究関心に火をつけていると、彼らは、そのような構造化されていない環境1と2を把持における波動歩行のような異なる機能タスクで使用されてきました。これらは主に軟質エラストマー材料から構成され、そのような電気活性ポリマー（EAP）などの異なる材料を使用することにより、異なる作動技術によって制御される、記憶合金（SMA）、又は圧縮流体3を形成しています。活性株を生成するために静電気力を誘起し、それによって作動を生成する差動電圧に基づいのEAP機能。 SMAの独特の形状記憶効果は、温度変化時の相変態時に力発生に基づいて、所望の作動を生成するために配備されています。最後に、圧縮流体作動技術は、より準拠した領域が膨らませるようなもので、ソフトアクチュエータに剛性差を誘導するシンプルなデザイン戦略を促進します加圧時。ソフトロボットは特にデリケートなオブジェクトが関与する用途において、従来のハードロボットの用途を広げるように設計されています。特に、本論文では、繊細な外科的処置のためのソフトロボットグリッパーの開発における私たちのユニークなアプローチを提示します。 外科グリップは、肝臓、婦人科、泌尿器科、および神経修復手術4、5のような多くの外科手術に関与する重要な局面である。それは、典型的には、容易にする目的のための鉗子と腹腔鏡把持器のような剛性、鋼組織把持ツールによって実行されます観察、切除、吻合手順などの従来の把持ツールは、コンタクト6の点で軟組織に高応力集中領域を引き起こす可能性がある金属で作られているようしかし、細心の注意が必要です。このような痛み、病的な瘢痕組織fとして組織損傷の重症度に応じて、さまざまな合併症、ormation、さらには永久的な障害は、可能性があります。前の研究では、末梢神経手術における合併症の発生率は3％7であったことを報告しました。したがって、安全準拠したグリップを提供することができ、ソフトグリップのコンセプトは、繊細な外科的処置のための有望な候補となり得ます。 ここでは、3次元印刷の組み合わせを提供し、カスタマイズ可能なソフトロボット空気圧グリッパーを製造するために、ロッドベースのアプローチを採用したソフトリソグラフィー技術を、変更されました。圧縮流体作動に基づいて、ソフトロボットの伝統的な製造技術は、チャンネル8を密封するために、空気圧が印刷チャネルと封止工程で金型を必要とします。しかし、それは、チャネルの閉塞が容易に封止工程で発生する可能性が小さい空気圧のチャネルを必要とする小型化されたソフトロボットのための現実的ではありません。従来の技術は、それに被覆されたシール層を接着することによって行われるべき空気圧チャネルのシールを必要とします。したがって、ラ最初に接着層として機能するエラストマー材料のヤーは、小さなチャネルに流出し、これらのチャンネルを閉塞することができます。構造体の中央に空気圧チャネルを配置し、従来の技術を用いて、チャンバコンポーネントに接続することも不可能です。提案されたアプローチは、ロッドを用いて空気充填室に接続されている小型化空気圧チャネルの作成を可能にし、小さなチャネルのシールを必要としません。また、空気流路に接続されたチャンバは、圧縮流体作動のための外部の空気源を必要としない空気源として機能します。それによって、ユーザーに彼らがグリッパを通じて適用される力の量を制御するオプションを提供し、グリップのコンポーネントを作動させるために、チャンバの圧縮を促進することによって、手動およびロボットの制御モードの両方を可能にします。このアプローチは、高度にカスタマイズ可能であり、そのような単一またはμとグリッパ軟質グリッパの設計の様々な種類を製造するために使用することができます作動腕ltiple。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Weighing Scale</td>
			<td>Severin</td>
			<td>KW3667</td>
			<td>(Step: Preparation of elastomers)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ecoflex Supersoft 0030 Elastomer</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>EF0030</td>
			<td>(Step: Preparation of elastomers)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Planetary Centrifugal Mixer and Containers</td>
			<td>THINKY USA Inc.</td>
			<td>ARE-310</td>
			<td>(Step: Preparation of elastomers)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solidworks CAD</td>
			<td>Dassault Syst&#232;mes&#160;</td>
			<td>Solidworks Research Subscription</td>
			<td>(Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objet 3D Printer</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>260 Connex2</td>
			<td>(Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium Wire Rods</td>
			<td>Titan Engineering</td>
			<td>N/A</td>
			<td>(Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Natural Convection Oven with Timer</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>BIN#ED53</td>
			<td>(Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear Actuator</td>
			<td>Firgelli Technologies</td>
			<td>L12</td>
			<td>(Step: Insertion of soft robotic pneumatic gripper device into handling tool)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jumper Wire</td>
			<td>sgbotic</td>
			<td>CAB-01146</td>
			<td>(Step: Evaluations and grip compressive test)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Force Sensing Resistor</td>
			<td>Interlink Electronics</td>
			<td>FSR402</td>
			<td>(Step: Evaluations and grip compressive test)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

rod-based fabrication of customizable soft robotic pneumatic gripper devices for delicate tissue manipulation

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations at the point of contact. It can be achieved by complementing traditional rigid grippers with soft robotic pneumatic gripper devices. This manuscript describes a rod-based approach that combined both 3D-printing and a modified soft lithography technique to fabricate the soft pneumatic gripper. In brief, the pneumatic featureless mold with chamber component is 3D-printed and the rods were used to create the pneumatic channels that connect to the chamber. This protocol eliminates the risk of channels occluding during the sealing process and the need for external air source or related control circuit. The soft gripper consists of a chamber filled with air, and one or more gripper arms with a pneumatic channel in each arm connected to the chamber. The pneumatic channel is positioned close to the outer wall to create different stiffness in the gripper arm. Upon compression of the chamber which generates pressure on the pneumatic channel, the gripper arm will bend inward to form a close grip posture because the outer wall area is more compliant. The soft gripper can be inserted into a 3D-printed handling tool with two different control modes for chamber compression: manual gripper mode with a movable piston, and robotic gripper mode with a linear actuator. The double-arm gripper with two actuatable arms was able to pick up objects of sizes up to 2 mm and yet generate lower compressive forces as compared to elastomer-coated and non-coated rigid grippers. The feasibility of having other designs, such as single-arm or hook gripper, was also demonstrated, which further highlighted the customizability of the soft gripper device, and it's potential to be used in delicate surgical manipulation to reduce the risk of tissue grip damage.

ソフトロボット空気圧グリッパー装置は、直径が最大で1.2ミリメートルの寸法（ 図6）でオブジェクトを拾うことができました。 1.71±0.16 Nおよび2.61±0.22 Nの圧縮力でと比較して、最大のグリップ圧縮力が単一作動アームによって生成され、作動アームをダブルソフトグリッパー装置は、0.79±0.14 Nそれぞれ0.27±0.07 Nとしましたエラストマーでコーティング?...

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Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

This protocol describes a rod-based approach, combining 3D-printing and soft lithography techniques for fabricating the soft gripper devices. This approach eliminates the need for an external air source by incorporating a chamber component and reduces the chance of occlusion during the sealing process, particularly for miniaturized pneumatic channels.

繊細な組織操作のためのカスタマイズ可能なソフトロボット空気圧グリッパ装置のロッドベースの試作

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations ...

rod-based-fabrication-customizable-soft-robotic-pneumatic-gripper

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.7K ビュー.  National University of Singapore. This protocol describes a rod-based approach, combining 3D-printing and soft lithography techniques for fabricating the soft gripper devices. This approach eliminates the need for an external air source by incorporating a chamber component and reduces the chance of occlusion during the sealing process, particularly for miniaturized pneumatic channels.

ビデオ: Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

Fabrication of Biologically Derived Injectable Materials for Myocardial Tissue Engineering

This protocol provides methods for the preparation of an injectable extracellular matrix (ECM) gel for myocardial tissue engineering applications. Briefly, decellularized tissue is lyophilized, milled, enzymatically digested, and then brought to physiological pH. The lyophilization removes all water content from the tissue, resulting in dry ECM that can be ground into a fine powder with a small mill. After milling, the ECM powder is digested with pepsin to form an injectable matrix. After adjustment to pH 7.4, the liquid matrix material can be injected into the myocardium. Results of previous characterization assays have shown that matrix gels produced from decellularized pericardial and myocardial tissue retain native ECM components, including diverse proteins, peptides and glycosaminoglycans. Given the use of this material for tissue engineering, in vivo characterization is especially useful; here, a method for performing an intramural injection into the left ventricular (LV) free wall is presented as a means of analyzing the host response to the matrix gel in a small animal model. Access to the chest cavity is gained through the diaphragm and the injection is made slightly above the apex in the LV free wall. The biologically derived scaffold can be visualized by biotin-labeling before injection and then staining tissue sections with a horse radish peroxidase-conjugated neutravidin and visualizing via diaminobenzidine (DAB) staining. Analysis of the injection region can also be done with histological and immunohistochemical staining. In this way, the previously examined pericardial and myocardial matrix gels were shown to form fibrous, porous networks and promote vessel formation within the injection region.

Methods for preparing an injectable matrix gel from decellularized tissue and injecting it into rat myocardium in vivo are described.

心筋組織工学のための生物由来注射用材料の作製

This protocol provides methods for the preparation of an injectable extracellular matrix (ECM) gel for myocardial tissue engineering applications.  ...

生物工学

Engineering Skeletal Muscle Tissues from Murine Myoblast Progenitor Cells and Application of Electrical Stimulation

Engineered muscle tissues can be used for several different purposes, which include the production of tissues for use as a disease model in vitro, e.g. to study pressure ulcers, for regenerative medicine and as a meat alternative 1. The first reported 3D muscle constructs have been made many years ago and pioneers in the field are Vandenburgh and colleagues 2,3. Advances made in muscle tissue engineering are not only the result from the vast gain in knowledge of biochemical factors, stem cells and progenitor cells, but are in particular based on insights gained by researchers that physical factors play essential roles in the control of cell behavior and tissue development. State-of-the-art engineered muscle constructs currently consist of cell-populated hydrogel constructs. In our lab these generally consist of murine myoblast progenitor cells, isolated from murine hind limb muscles or a murine myoblast cell line C2C12, mixed with a mixture of collagen/Matrigel and plated between two anchoring points, mimicking the muscle ligaments. Other cells may be considered as well, e.g. alternative cell lines such as L6 rat myoblasts 4, neonatal muscle derived progenitor cells 5, cells derived from adult muscle tissues from other species such as human 6 or even induced pluripotent stem cells (iPS cells) 7. Cell contractility causes alignment of the cells along the long axis of the construct 8,9 and differentiation of the muscle progenitor cells after approximately one week of culture. Moreover, the application of electrical stimulation can enhance the process of differentiation to some extent 8. Because of its limited size (8 x 2 x 0.5 mm) the complete tissue can be analyzed using confocal microscopy to monitor e.g. viability, differentiation and cell alignment. Depending on the specific application the requirements for the engineered muscle tissue will vary; e.g. use for regenerative medicine requires the up scaling of tissue size and vascularization, while to serve as a meat alternative translation to other species is necessary.

Engineered muscle tissue has great potential in regenerative medicine, as disease model and also as an alternative source for meat. Here we describe the engineering of a muscle construct, in this case from mouse myoblast progenitor cells, and the stimulation by electrical pulses.

電気刺激のマウス筋芽細胞前駆細胞およびアプリケーションからの工学骨格筋組織

Engineered muscle tissues can be used for several different purposes, which include the production of tissues for use as a disease model in vitro, e.g. to ...

Density Gradient Multilayered Polymerization (DGMP): A Novel Technique for Creating Multi-compartment, Customizable Scaffolds for Tissue Engineering

Complex tissue culture matrices, in which types and concentrations of biological stimuli (e.g. growth factors, inhibitors, or small molecules) or matrix structure (e.g. composition, concentration, or stiffness of the matrix) vary over space, would enable a wide range of investigations concerning how these variables affect cell differentiation, migration, and other phenomena. The major challenge in creating layered matrices is maintaining the structural integrity of layer interfaces without diffusion of individual components from each layer1. Current methodologies to achieve this include photopatterning2-3, lithography4, sequential functionalization5, freeze drying6, microfluidics7, or centrifugation8, many of which require sophisticated instrumentation and technical skills. Others rely on sequential attachment of individual layers, which may lead to delamination of layers9. 
DGMP overcomes these issues by using an inert density modifier such as iodixanol to create layers of varying densities10. Since the density modifier can be mixed with any prepolymer or bioactive molecule, DGMP allows each scaffold layer to be customized. Simply varying the concentration of the density modifier prevents mixing of adjacent layers while they remain aqueous. Subsequent single step polymerization gives rise to a structurally continuous multilayered scaffold, in which each layer has distinct chemical and mechanical properties. The density modifier can be easily removed with sufficient rinsing without perturbation of the individual layers or their components. This technique is therefore well suited for creating hydrogels of various sizes, shapes, and materials.
A protocol for fabricating a 2D-polyethylene glycol (PEG) gel, in which alternating layers incorporate RGDS-350, is outlined below. We use PEG because it is biocompatible and inert. RGDS, a cell adhesion peptide11, is used to demonstrate spatial restriction of a biological cue, and the conjugation of a fluorophore (Alexa Fluor 350) enables us to visually distinguish various layers. This procedure can be adapted for other materials (e.g. collagen, hyaluronan, etc.) and can be extended to fabricate 3D gels with some modifications10.

Density Gradient Multilayered Polymerization DGMP: A Novel Technique for Creating Multi-compartment, Customizable Scaffolds for Tissue Engineering

Here we describe a unique strategy for creating biocompatible, layered matrices with continuous interfaces between distinct layers for tissue engineering. Such a scaffold could provide an ideal customizable environment to modulate cell behavior by various biological, chemical or mechanical cues

密度勾配多層重合（DGMP）：マルチコンパートメントを作成するための新規な技術、組織工学のためのカスタマイズ可能な足場

Complex tissue culture matrices, in which types and concentrations of biological stimuli (e.g. growth factors, inhibitors, or small molecules) or matrix ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and regenerative medicine. With digital control&#160;cells, scaffolds, and growth factors can be precisely deposited to the desired two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) locations rapidly. Therefore, this technology is an ideal approach to fabricate tissues mimicking their native anatomic structures. In order to engineer cartilage with native zonal organization, extracellular matrix composition (ECM), and mechanical properties, we developed a bioprinting platform using a commercial inkjet printer with simultaneous photopolymerization capable for 3D cartilage tissue engineering. Human chondrocytes suspended in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) were printed for 3D neocartilage construction via layer-by-layer assembly. The printed cells were fixed at their original deposited positions, supported by the surrounding scaffold in simultaneous photopolymerization. The mechanical properties of the printed tissue were similar to the native cartilage. Compared to conventional tissue fabrication, which requires longer UV exposure, the viability of the printed cells with simultaneous photopolymerization was significantly higher. Printed neocartilage demonstrated excellent glycosaminoglycan (GAG) and collagen type II production, which was consistent with gene expression. Therefore, this platform is ideal for accurate cell distribution and arrangement for anatomic tissue engineering.

The methods described in this paper show how to convert a commercial inkjet printer into a bioprinter with simultaneous UV polymerization. The printer is capable of constructing 3D tissue structure with cells and biomaterials. The study demonstrated here constructed a 3D neocartilage.

三次元インクジェット印刷技術を用いて、ヒト軟骨組織の作製

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Cultivation of Mammalian Cells Using a Single-use Pneumatic Bioreactor System

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized medicine innovations. However, translating these advances into therapeutic applications will require in vitro systems that allow for robust, flexible, and cost effective bioreactor systems. There are several bioreactor systems currently utilized in research and commercial settings; however, many of these systems are not optimal for establishing, expanding, and monitoring the growth of different cell types. The culture parameters most challenging to control in these systems include, minimizing hydrodynamic shear, preventing nutrient gradient formation, establishing uniform culture medium aeration, preventing microbial contamination, and monitoring and adjusting culture conditions in real-time. Using a pneumatic single-use bioreactor system, we demonstrate the assembly and operation of this novel bioreactor for mammalian cells grown on micro-carriers. This bioreactor system eliminates many of the challenges associated with currently available systems by minimizing hydrodynamic shear and nutrient gradient formation, and allowing for uniform culture medium aeration. Moreover, the bioreactor&#8217;s software allows for remote real-time monitoring and adjusting of the bioreactor run parameters. This bioreactor system also has tremendous potential for scale-up of adherent and suspension mammalian cells for production of a variety therapeutic proteins, monoclonal antibodies, stem cells, biosimilars, and vaccines.

Using a pneumatic bioreactor, we demonstrate the assembly, operation, and performance of this single-use bioreactor system for the growth of mammalian cells.

使い捨て空気圧バイオリアクターシステムを使用して、哺乳動物細胞の培養

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized ...

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in unstructured environments. At the same time, new procedures and techniques have been developed to reduce the invasiveness of surgical operations. Minimally Invasive Surgery (MIS) has been successfully employed for abdominal interventions, however standard MIS procedures are mainly based on rigid or semi-rigid tools that limit the dexterity of the clinician. This paper presents a soft and high dexterous manipulator for MIS. The manipulator was inspired by the biological capabilities of the octopus arm, and is designed with a modular approach. Each module presents the same functional characteristics, thus achieving high dexterity and versatility when more modules are integrated. The paper details the design, fabrication process and the materials necessary for the development of a single unit, which is fabricated by casting silicone inside specific molds. The result consists in an elastomeric cylinder including three flexible pneumatic actuators that enable elongation and omni-directional bending of the unit. An external braided sheath improves the motion of the module. In the center of each module a granular jamming-based mechanism varies the stiffness of the structure during the tasks. Tests demonstrate that the module is able to bend up to 120&#176; and to elongate up to 66% of the initial length. The module generates a maximum force of 47 N, and its stiffness can increase up to 36%.

This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported.

低侵襲手術でのソフトモジュラーロボットのエラストマーユニットの設計と製作

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; represented by &#34;devices&#34; created as combinations of individual genetic components. However, manual assembly of such large numbers of devices is time-intensive, error-prone, and costly. The increasing sophistication and scale of synthetic biology research necessitates an efficient, reproducible way to accommodate large-scale, complex, and high throughput device construction.
Here, a DNA assembly protocol using the Type-IIS restriction endonuclease based Modular Cloning (MoClo) technique is automated on two liquid-handling robotic platforms. Automated liquid-handling robots require careful, often times tedious optimization of pipetting parameters for liquids of different viscosities (e.g. enzymes, DNA, water, buffers), as well as explicit programming to ensure correct aspiration and dispensing of DNA parts and reagents. This makes manual script writing for complex assemblies just as problematic as manual DNA assembly, and necessitates a software tool that can automate script generation. To this end, we have developed a web-based software tool, http://mocloassembly.com, for generating combinatorial DNA device libraries from basic DNA parts uploaded as Genbank files. We provide access to the tool, and an export file from our liquid handler software which includes optimized liquid classes, labware parameters, and deck layout. All DNA parts used are available through Addgene, and their digital maps can be accessed via the Boston University BDC ICE Registry. Together, these elements provide a foundation for other organizations to automate modular cloning experiments and similar protocols.
The automated DNA assembly workflow presented here enables the repeatable, automated, high-throughput production of DNA devices, and reduces the risk of human error arising from repetitive manual pipetting. Sequencing data show the automated DNA assembly reactions generated from this workflow are ~95% correct and require as little as 4% as much hands-on time, compared to manual reaction preparation.

Here, an automated workflow to perform modular DNA &#34;device&#34; assembly using a modular cloning DNA assembly method on liquid-handling robots is presented. The protocol uses an intuitive software tool for generating liquid handler picklists for combinatorial DNA device library generation, which we demonstrate using two liquid handling platforms.

モジュラー DNA デバイスの液体ハンドリング アセンブリを自動化

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and directed within a layer of paper. Moreover, stacking multiple layers of patterned paper creates sophisticated three-dimensional microfluidic networks that can support the development of analytical and bioanalytical assays. Paper-based microfluidic devices are inexpensive, portable, easy to use, and require no external equipment to operate. As a result, they hold great promise as a platform for point-of-care diagnostics. In order to properly evaluate the utility and analytical performance of paper-based devices, suitable methods must be developed to ensure their manufacture is reproducible and at a scale that is appropriate for laboratory settings. In this manuscript, a method to fabricate a general device architecture that can be used for paper-based immunoassays is described. We use a form of additive manufacturing (multi-layer lamination) to prepare devices that comprise multiple layers of patterned paper and patterned adhesive. In addition to demonstrating the proper use of these three-dimensional paper-based microfluidic devices with an immunoassay for human chorionic gonadotropin (hCG), errors in the manufacturing process that may result in device failures are discussed. We expect this approach to manufacturing paper-based devices will find broad utility in the development of analytical applications designed specifically for limited-resource settings.

We detail a method to fabricate three-dimensional paper-based microfluidic devices for use in the development of immunoassays. Our approach to device assembly is a type of multilayer, additive manufacturing. We demonstrate a sandwich immunoassay to provide representative results for these types of paper-based devices.

イムノアッセイのための3次元紙ベースのマイクロ流体デバイスの作製

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices cannot be worn under everyday conditions. Therefore, textiles are commonly considered the best substrate to accommodate electronic devices in wearable use. In this paper, we describe how to selectively pattern organic electroactive materials on textiles from a solution in an easy and scalable manner. This versatile deposition technique enables the fabrication of wearable organic electronic devices on clothes.

In this paper, we present a protocol to selectively deposit organic materials on textiles, which allows for the direct integration of organic electronic devices with wearables. The fabricated devices can be fully integrated in textiles, respecting their mechanical appearance and enabling sensing capabilities.

テキスタイル上の有機電子デバイスのためのシンプルでスケーラブルな製造方法

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices ...

Soft Lithographic Procedure for Producing Plastic Microfluidic Devices with View-ports Transparent to Visible and Infrared Light

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable microfluidic devices. Here, a protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices is demonstrated, where soft lithographic techniques are used to embed transparent Calcium Fluoride (CaF2) view-ports in connection with observation chamber(s). The method is based on a replica casting approach, where a polydimethylsiloxane (PDMS) mold is produced through standard lithographic procedures and then used as the template to produce a plastic device. The plastic device features ultraviolet/visible/infrared (UV/Vis/IR) -transparent windows made of CaF2 to allow for direct observation with visible and IR light. The advantages of the proposed method include: a reduced need for accessing a clean room micro-fabrication facility, multiple view-ports, an easy and versatile connection to an external pumping system through the plastic body, flexibility of the design, e.g., open/closed channels configuration, and the possibility to add sophisticated features such as nanoporous membranes.

A protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices with transparent view-ports for visible and infrared light imaging is described.

ビュー ポートの可視光と赤外線を透明なプラスチックのマイクロ流体デバイスを製造するためソフト平版のプロシージャ

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable ...